市域鐵路預應力道岔連續(xù)箱梁荷載試驗研究

摘 要：本文以某市域鐵路的6 m×35 m無砟軌道預應力混凝土道岔連續(xù)梁作為實例，針對預應力連續(xù)箱梁的荷載試驗展開了深入研究。借由靜載試驗與動載試驗，對橋梁的強度、剛度、自振特性以及動力系數(shù)等予以測試分析，進而對其使用性能和承載能力做出了評估，同時為同類型的市域鐵路橋梁的日常維護和運營管理提供了試驗范例與參考依據(jù)。

關鍵詞：預應力連續(xù)箱梁，荷載試驗，靜載試驗，動載試驗

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-59442025.04.037

0 引 言

預應力連續(xù)箱梁因其結構剛度大、行車平順性佳等突出優(yōu)勢，在市域鐵路橋梁建設中得到廣泛運用。此外，為有效確保橋梁的運營安全與可靠，定期開展荷載試驗是極為關鍵的步驟。借助荷載試驗，能夠精確檢驗橋梁結構在設計荷載作用下的工作狀況與性能，進而及時察覺潛在問題，保障橋梁的正常使用，這對維護交通運輸?shù)陌踩珪惩ň哂兄匾饬x。然而，當前橋梁荷載試驗在公路、鐵路橋梁上的試驗研究及理論分析相對較多，而針對市域鐵路連續(xù)橋梁的相關荷載試驗研究卻較少。故而，本文立足于市域鐵路預應力道岔連續(xù)箱梁，深入探究預應力連續(xù)箱梁的荷載試驗，獲取試驗數(shù)據(jù)并開展理論分析，這對于提升同類型橋梁的設計、施工以及維護水平具備重要的現(xiàn)實意義與應用價值[1-2]。

1 工程概況

1.1 橋梁基本信息

該橋梁全長209.8 m，邊支座中心至梁端為0.6m，截面中心線處梁高2.35 m，橋面寬度為22.1 m，線間距（5.25+5+5.25）m。

1.2 設計參數(shù)

（1）設計速度：≤140 km/h；

（2）路線情況：直線，兩線變四線道岔梁，正線間距5.25+5+5.25 m；

（3）軌道形式：無砟軌道，普通減震。

1.3 上部結構和下部結構

上部結構采用等高連續(xù)箱梁，梁頂最低點處梁高2.25 m，箱梁頂板寬22.1 m，箱梁橫截面為單箱三室斜腹板，頂板厚35 cm，腹板厚50 cm，底板厚30cm，在支點處局部加厚；下部結構則采用柱接蓋梁式橋墩，支座為盆式支座。

2 靜載試驗及結果分析

橋梁靜載試驗是測量橋梁結構在靜力試驗荷載作用下的位移和應力應變變化，它是了解橋梁結構實際工作性能（如結構剛度、強度等）最直接有效的辦法[3]。

2.1 測試截面確定及測點布置

本文先通過橋梁有限元分析軟件Midas/Civil構建預應力連續(xù)箱梁的整體空間荷載模型，并依據(jù)其結構布置以及受力特性，模擬計算預應力連續(xù)箱梁的彎矩包絡圖，進而據(jù)此確定測試截面的位置，位置如圖1所示。

現(xiàn)場橋梁根據(jù)控制截面布置應變測點及位移撓度測點（棱鏡），應變采用應變計測量，位移撓度采用全站儀測量，其應變布置及編號如圖2所示，位移撓度布置位置則同圖2中的應變處。

2.2 試驗加載方案

本試驗為模擬市域鐵路橋梁運營過程中的實際工況，特選取運營車輛進行加載試驗，且根據(jù)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》要求，荷載試驗的荷載效率η應達到0.8≤η≤1.00或不小于現(xiàn)行最大運行荷載。為確保試驗的有效性，本次試驗采用2列AW0車型（4輛編組）作為試驗加載車輛（四道岔），并將車輛總重量加至AW3狀態(tài)（最大運行荷載），按照最不利位置進行加載。試驗加載列車軸重和總重見表1。

根據(jù)預應力連續(xù)箱梁的彎矩包絡圖，按其最不利位置加載，選用加載車輛作用于相應測試斷面影響數(shù)值較大處。本次試驗設置加載工況、試驗車輛布置如圖3、圖4所示。

2.3 靜載試驗測試結果

2.3.1 應變測試結果

表2中相對殘余、校驗系數(shù)只針對主要測點進行計算，腹板等非主要測點不計算校驗系數(shù)。

各工況下結構應變測試結果表明，應力校驗系數(shù)范圍為0.64～0.91，滿足相關規(guī)定。

2.3.2 撓度測試結果

各工況下控制截面位移撓度測試結果表明，撓度校驗系數(shù)范圍為0.67～0.87；該橋實測跨中撓度與跨度的比值范圍為1/35000～1/15909，滿足相關規(guī)定。綜上所述，該橋強度能滿足規(guī)范及設計荷載的運營要求，試驗跨整體豎向剛度滿足設計荷載要求。

3 動載試驗及結果分析

3.1 結構自振特性測試

3.1.1 理論分析與計算

該市域鐵路橋梁為六跨預應力連續(xù)箱梁，本文借助有限元分析軟件Midas/Civill建立結構模型，進行模態(tài)分析，得出結構前三階自振頻率結果和振型變化情況，結果見表4。

3.1.2 試驗內容及測點布置

通過測定橋梁由風荷載、地脈動、水流等隨機激勵引起的微幅振動來識別結構自振特性參數(shù)，對連續(xù)梁測試出前三階自振頻率及振型，測點布置在箱梁內部，每一跨布置3個，采用加速度傳感器和動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)進行測量。

3.1.3 試驗結果

實測振型采用脈動法測試，得出前三階豎向振動頻率及阻尼比，以及相應振型示意圖，如圖6和圖7所示。

3.1.4 結構自振特性分析

自振頻率與結構剛度有著明確的關系，利用自振頻率評價結構的剛度具有較高的可靠性，當結構出現(xiàn)缺損時，一般自振頻率會降低，振型出現(xiàn)變異。通過比較理論頻率及實測頻率，表明該橋實際整體剛度大于理論剛度如表5所示。

3.2 動力系數(shù)測試結果分析

3.2.1 試驗內容及測點布置

在試驗過程中，為模擬市域鐵路道岔橋梁的實際運營工況，選取兩輛列車（兩線變四線道岔梁）以各異的速度勻速通過該橋跨結構，并通過測定橋跨結構主要控制截面測點的動應變時間歷程曲線，計算橋梁的動力系數(shù)。動應變測點布置在控制截面底板中部。

3.2.2 跑車試驗測試結果

跑車試驗中，車輛速度分為10、20、30 km/h三種工況，具體試驗結果如圖8所示（選取20 km/h的應變時程曲線作為代表）。

最終測試結果表明，該橋實測中跨跨中沖擊系數(shù)平均值μ=0.108，最大沖擊系數(shù)μ=0.201，均低于理論動力系數(shù)（μ=0.255），說明橋梁結構整體平順。

4 結 語

（1）該橋靜載試驗表現(xiàn)優(yōu)異，強度和剛度性能良好，撓度與應力校驗系數(shù)合理，滿足設計與規(guī)范要求，能在正常使用荷載下安全可靠工作。

（2）動載試驗結果表明，該橋自振特性良好，實際整體剛度大于理論剛度，橋梁結構平順，動力系數(shù)低于理論值，對橋梁的穩(wěn)定性和舒適性意義重大。

（3）綜合靜載和動載試驗的結果，預應力連續(xù)箱梁的整體工作性能良好，承載能力滿足設計荷載的要求，為橋梁的日常養(yǎng)護和運營管理提供了強有力的支持，也為市域鐵路橋梁的設計和檢測提供了參考。然而，值得注意的是，橋梁的性能與安全性并非僅由單次荷載試驗決定，而是需要長期的監(jiān)測與維護來共同保障。在使用過程中，應定期進行檢查和養(yǎng)護，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的問題，以確保橋梁的安全和正常運行[4]。

參考文獻

[1]余隆，許蔚，位東升，等.預應力混凝土連續(xù)小箱梁橋荷載試驗研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2022（5）：48.

[2]鄧潔，李曉林，曹峰.基于荷載試驗的橋梁檢測分析[J].工程建設與設計，2022（12）：159-161.

[3]胡錦周.道路橋梁荷載試驗及承載性能的分析[J].中國水運，2021，21（12）：102-103.

[4]朱強.預應力混凝土箱梁橋荷載試驗研究[J].運輸經(jīng)理世界，2023（35）：108-110.

作者簡介

武相坤，本科，高級工程師，研究方向為橋梁與隧道施工技術。

（責任編輯：劉憲銀）